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研究生: 古又中
Gu, You-Jung
論文名稱: 以鎵自催化方式在矽基板上所成長的核殼結構砷化鎵奈米線與其電性質
Self-Catalyzed Growth and Electrical Properties of GaAs Core-Shell Nanowires on Si (111)
指導教授: 黃金花
Huang, Jin-Hua
口試委員: 張翼
Chang, Yi
黃倉秀
Huang, Tsang-Shiou
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: 砷化鎵分子束磊晶Ⅲ-Ⅴ半導體奈米線
外文關鍵詞: GaAs, MBE, Ⅲ-Ⅴ semiconductor, nanowires
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  • 目前為止,砷化鎵奈米線大多是成長在砷化鎵基板上,對於以分子束磊晶(MBE)技術在矽基板上成長砷化鎵奈米線的討論並不多。成長在矽基板上的砷化鎵奈米線,除了可探討光與電的特性外更可降低成本。有望結合高效能的Ⅲ-Ⅴ半導體奈米線和矽電晶體工業技術的兩種優點。
    以VLS方式來成長砷化鎵奈米線的製程通常會以金當作催化劑,然而金的存在會造成深成缺陷而影響奈米線中電子電洞的傳輸行為。本實驗利用矽原生氧化層的孔洞及鎵液滴形成自我催化,經由VLS過程在矽基板上異質磊晶成長自催化的砷化鎵奈米線。
    實驗中分別以矽和鈹兩元素當作n-type與p-type的摻雜,成功地在矽基板上成長了核殼結構的砷化鎵奈米線。且經由固定殼層生長時間、但變核層成長時間的條件下,得到了長度不同但直徑相近的奈米線。成長完成後,對試片進行旋塗絕緣層、蝕刻絕緣層、沉積導電層等步驟。之後將整組試片進行電性量測,過程中探討的奈米線長度、蝕刻時間、以及不同導電層對I-V特性的影響。結果發現整體砷化鎵奈米線具有二極體之特性,此結構有望能發展成為太陽能電池元件。


    To data, GaAs nanowires(NWs) have been mostly grown on the GaAs substrates, while, far fewer studies have been on the synthesis of GaAs NWs on Si substrates by molecular beam epitaxy (MBE). The growth of GaAs NWs on Si offers the possibility to investigate the optical and electrical properties of the nanowires; moreover, it is expected to combine advantages high efficient III-V materials and low-cost silicon technology.
    Traditionally, fabrication of GaAs NWs has mainly relied on the use of gold as catalyst via the vapor-liquid-solid (VLS) mechanism. However, the incorporation of gold may generate deep level traps and degrade the electron and hole transport properties of the nanowires. In this work, so-called self-assisted method was employed to grow the GaAs NWs on (1 1 1)Si, where Ga droplets in the pinholes of Si native oxide were used to induce anisotropic growth.
    We have successfully grown coaxial GaAs NWs on Si(111) substrates by MBE using Be and Si as the p-type and n-type dopants, respectively. During NW growth, we fixed the shell growth time and changed the core growth time. We found the lengths of the nanowires increase with core growth time, while the diameters of the nanowires remain almost constant.
    All the GaAs core-shell NWs have been subjected to the following pn junction fabrication processes: insulator spin coating, insulator reactive-ion-etching, and conductive layer depositing. I-V properties of the as-fabricated nanowire pn devices were then investigated. We discussed the effect of the nanowire length, insulator etching condition, and types of conductive layer on the I-V properties of NW devices. We observed all fabricated NW devices have exhibited the properties of diode, suggesting their potential use as building blocks in solar cells.

    第1章 緒論 1-1 前言 1-2 研究動機 1-3 研究目的與論文架構 第2章 文獻回顧 2-1 奈米科技 2-1-1 零維奈米結構 2-1-2 一維奈米結構 2-1-3 二維奈米結構 2-2 成長一維奈米結構之方法 2-2-1 VSL(Vapor-Solid-Liquid)成長機制 2-2-2 三族元素輔助成長 2-2-3 磊晶原理 2-3 砷化鎵 2-4 太陽能電池發展概況 2-4-1 工作原理 2-4-2 時代演進 2-4-3 奈米線太陽能電池 2-5 砷化鎵奈米線的成長 2-6 砷化鎵奈米線電子特性 第3章 儀器介紹與實驗步驟 3-1 分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy, MBE)簡介 3-2 實驗使用之其他儀器 3-2-1 旋轉塗佈機(Spin Coater) 3-2-2 反應性離子蝕刻系統(Reactive Ion Etch, RIE) 3-2-3 電子槍真空蒸鍍系統 3-2-4 分析儀器 3-3 實驗步驟 3-3-1 試片清洗 3-3-2 試片的承載和載入 3-3-3 奈米線成長 3-3-4 後段製程 第4章 實驗結果與討論 4-1 自催化砷化鎵核殼結構奈米線之研究探討 4-1-1 砷化鎵核殼結構奈米線之參數 4-1-2 不同長度的砷化鎵核殼結構奈米線之探討 4-2 自催化砷化鎵核殼結構奈米線電性量測之試片製備探討 4-2-1 Spin On Glass(SOG) 4-2-2 反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etch, RIE) 4-2-3 導電層沉積 4-3 自催化砷化鎵核殼結構奈米線電性量測之探討 4-3-1 奈米線長度對電性的影響 4-3-2 RIE蝕刻時間對電性的影響 4-3-3 不同導電層對電性的影響 第5章 結論與未來展望 第6章 參考文獻

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